复杂系统中的多混沌、分形与人工智能应用
1. 复杂系统概述
复杂性自古代就已存在,它涉及对复杂组件起源的理解,需要精确的计算和因果分析。复杂系统具有多种特征,如非线性、自组织、适应性、同步性、噪声、大量描述变量或维度,以及对外部环境响应的反应等。复杂性思维和理论承认复杂系统行为和演化中存在隐藏秩序,这对现代科学理解系统行为至关重要,斯蒂芬·霍金曾说“我认为21世纪将是复杂性的世纪”,复杂性理念成为科学新的统一框架和理解系统行为的革命。
在复杂系统中,需要考虑多种解决方案来解决问题,系统会根据选择而变化,体现了其适应性。现代科学致力于全面、整体、多方面且准确地解释自然和物理现象,从而为分析复杂系统和控制相关过程提供成功模型。
计算复杂性为识别和理解不同复杂系统的特性和动态提供了适用的思路和综合范式,涉及混沌、分形、多分数方法以及技术的融入,特别是人工智能的应用。
1.1 混沌理论
混沌指不规则和不可预测的行为,对初始条件敏感。自然界中从混沌中形成模式、迭代和秩序的趋势,为预测性带来了期望。混沌及其研究是现代复杂系统研究的重要根源,复杂系统具有动态、非线性、开放性和与环境相互连接的特点,会出现新的意外模式。在数学和物理学中,混沌理论关注非线性动力系统在特定条件下表现出的对初始条件敏感的混沌现象。
1.2 分形理论
分形是动态系统的图像,由递归驱动,可用于建模模式反复出现的结构和描述随机或混沌现象。在处理复杂系统时,传统几何中关于对象和空间积分维度性质的研究可能并不适用,而分形的有效分数维度被整合到积分维度空间中。分形具有自相似性,通过迭代重复过程或函数形成,是混沌的图像,用于描述随机或混沌现象。
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